国标钻井液水泥浆和完井液液相之间的配伍性及储层保护研究

1、摘要：采用动态模拟评价实验方法发现，钻井液、水泥浆和完井滤液侵入储 层是客观存在的“在模拟油层温度条件下，发现各种滤液之间出现浑浊或沉淀， 存在不同程度的不配伍性。在模拟油层温度和压力条件下，评价了各种滤液对岩 心渗透率的损害，其损害程度随钻井液体系、水泥浆体系不同而有所差异，但都 存在着一定程度豹损害。从保护储层的系统性出发，在完井液中引入隐形酸离子 螯合剂，改变各种滤液的离子环境，有效地改善了各种滤液之间的配伍性，将完 井作业和酸洗作业有机统一起来。在模拟油层温度和压力的条件下，岩心渗透率 恢复值可提高到90以上，减少了滤液的深度损害，有效地保护油气储层。关键词 钻井液 完井液 水泥浆配伍

2、性 储层保护打开油层段的钻井液称为钻开液，经室内动态模拟评价实验发现，钻开液尽 管采用了屏蔽式暂堵技术，但是在液柱压差作用下，其液相仍然会向油层侵入， 浸泡油层时间越长，其浸入量越大，后续的水泥浆滤液和完井液滤液也会浸入油 层，甚至在油层孔隙中发生混相作用。经模拟计算发现，各种作业液综合侵入油 层的深度远远超出ir射孔解除范围，因此应该开展液相对储层损伤程度和储层保 护技术措施的研究工作。一、钻开液的滤失特性在室内模拟配制了80a51聚合物钻井液体系，选用ka=27217243×103 u1112的人造岩心，根据屏蔽式暂堵规律，选择了粒径分布、大小满足要求的碳酸钙暂堵剂qwy与柔性填

3、充粒子复配的暂堵剂mba进行屏蔽暂堵。1利用高温高压动失水仪，在速梯150s，压差35mpa，温度60。c条件下， 采用多段渗透率仪评价屏蔽暂堵效果(表1)。实验结果说明，mba无论对高低 渗透率岩心均能实现很好的暂堵，其固相侵入深度小于30cm。表1复合桥堵剂mba动态桥堵实验山石ko q1 251 fdkdko 不同深度(cm)kdko()心 (1旷311 m2)(11_cm2·hr)()截去25cm后 截去5 5cm后138937105 】l 60 2 803 884714 68496 0 9665 3 841 928326215 7 2 0 74 70l893 9644321

4、72 6 8 o 70743 875 98837024 60 o 62 862 942 99 5f 2053i 58056 857 976 105 62利用前述相同的动态污染评价方法，取出动污染岩心，测量外泥饼厚度利用多段渗透率仪分别测定去除外泥饼前后人造岩心多段的渗透率值，由串联岩心渗透率公式，k= (式中i为第一段岩心加外泥饼的渗透率三l+l22k世，l为外泥饼的厚度，l：为第一段岩心的长度，k：为去掉外泥饼后第一段岩心的渗 透率)计算出岩心上外泥饼与内泥饼的渗透率大小(表2)。实验结果说明，对于 不同渗透率的岩心，外泥饼的渗透率比内泥饼渗透率低23个数量级，因此从渗 透率角度而言，外泥饼

5、是钻开液液相侵入储层多少的控制因素，在钻丌油层过程中应高度重视钻开液的失水造壁性。3利用前述相同的动态污染方法，取出动污染的岩心，在70mpa条件下，用 模拟配制的水泥浆领浆和水泥浆污染，记录在岩心上的滤失量。由公式肚再f云 q动=b。+。·t。计算出钻开液滤液和水泥浆滤液侵入油层的深度(表3、表4)。实验结果说明钻开液的动失水速率越高，油层浸泡时间越长， 钻开液滤液侵入深度越深，而且远远超过了射孔深度；水泥浆的领浆滤液侵入深 度远远大于水泥浆滤液的侵入深度，综合侵入深度也超过了射孔深度。另外后续 的完井液的大量侵入，进一步将水泥浆滤液和钻开液滤液推向了油层的深部。表2内外泥饼的关系

6、污染液 岩心 a 0 fd 外泥饼 外泥饼 整段 距污染端不同深度k，10。110。3 pfmll (mlcm! 状态 k kdin：)·h r1f】03ljf10。3u0252 55 5 5 5-7 5 m21 m2)聚合物泥浆 nll 1123 4 13 5 l 29 有 047 153 2 39 6 415 7 265 5无 4134 345 6 697 2 286 2聚合物泥浆n12 085 5 ll 4l 13 有0 44112525 4 69712i 5 8+3qwy无 376 4 2461 598 2 304 5聚合物泥浆 n21 1724 3 03 1 04 自 0

7、31 80 9 14 5 866 2 152 7+5mba 无 245 6 15】9 1128 9 1664聚合物泥浆 n22 127l 4 9 8 0 98 有 0 28 74 6 18 5 521 6 115f3+5mba 无 2558 112 6 93 5 206 8聚合物泥浆 214 ：'-34 5 1l 6 1 10 有 0 4 35 6 15 3 68 2 37 8无 69 4 46 9 85 4 46 9聚合物泥浆 307 48 3 9 4 0 93 有 0 37 27 9 1l 8 96 3 54l+3owy 光 5l 0 3l 5 116 4 46 3聚合物泥浆 29

8、l 。86l 6 9 0 71 有 o 28 14 3 5 2 128 7 68 3+5mba 无 36 3 12 5 99 6 43 4聚合物泥浆 965 1 50 3 6 6 0 72 有 0 22 12 4 2 1 89 3 49 j+5mba 无 22 4 8 0 115 8 43 4聚合物泥浆 99l ：；4 3 9 0 074 有 0 18 3 6 2 5 4 7 9 7无 8 3 3 5 84ll 2聚合物泥浆 929 ：19 6 7 2 0 68 有 0 17 2 3 l 6 36 114+3qwy 无 76 2 4 5 4 13 7聚合物泥浆 994 31 4 5 8 0 5

9、4 有 014 l 6 0 45 8 5 15 6+5mba 无 6 8 l 4 9 9 l 5 7聚合物泥浆 992 ：7 2 61 0 6l 有 0 16 1 8 0 82 8 8 18 4+5mba 无 2 6 2 i 1l 5 19 9表3不同浸泡时间下滤液侵入深度氏(天)弋3 10 15f。(micm：·h心0 5l 42 3 57 4 125 4 1560o 65 49 0 66 2 142 9 17760 81 55 8 751 1609199 61 0665 3 87 4 l 85 7 229 9注：储层孔隙度卫为o 35，水驱油效率审为o 45油层井眼直径为9ra=

10、rr，为滤液实际侵入储层的深度。袁4水泥浆滤液侵入深度岩心号 k。(×104 p秆) 水泥浆滤失量 滤失速度侵入深度(m1)(mcm2·hr) (crn)19600 4 711 000 16 3 982164 3972 85j000 ll2 84l816 290 2 391100+ 0 lo2 6i k125 92880：'8124 2 26 3i(148 1129968149 0 29 5 注：油层井眼为9，水泥浆领浆浸泡油层10，水怩浆浸泡油层18科。 二、各作业液滤液的配伍性在打开油层和完井作业中，各种作业液的滤液都不可避免地会侵入油层，在油层孔隙中会相互接触

11、混相，如果相互问不配伍就会产生无机和有机沉淀而对油 气储层造成损害。在室内模拟配制了钻井液、水泥浆、完井液和地层水，并将各 种滤液或液体按不同比例混合，利用浊度仪测定混合液的浊度值(表5、表6)， 实验结果说明水泥浆滤液与完井液、聚合物钻井液滤液和地层水均不配伍，浊度 值显著升高，j茸的甚至出现了大块的絮状沉淀。这主要是因为水泥浆滤液的高ph 值和含有大量晌ca2+、m92+等高价金属离子和各种水泥浆处理剂，就会同钻井液、 完井液和地层水中的有机大分子阴离子和或co，。、s042-阴离子等形成沉淀。表5水泥浆滤液与钻井液、完井液、地层水配伍性(80。c)液体 jz93 sz36一l ohd32

12、6配伍液体比例 浊度值 现象 浊度值 现蒙 浊度值 现象水泥浆： l：935 19 63 少量絮状沉淀 完井液 )：) 97少量沉淀>1000 沉淀 329：l 135沉淀 >1000 大块沉淀水泥浆： l：9235 沉淀 341503钻井液 5：5580 絮状物 132l 乳白色沉淀 135 白色沉淀9：l960 大量絮状物 l 010乳白色沉淀 127 大量絮状沉淀水泥浆：1：9660 絮状大块沉淀 46地层水 5：5925 大量沉淀 654 沉淀9：125 72 大量沉淀：豪6水泥浆添加剂与各种作业液、地层水的配伍性水j己浆地层水 jz9-3钻井液滤完井液 射孔液 阳离子钻井

13、液滤液 单剂 渡浊度值 现象 浊度值 现象 浊度值 现象 浊厘值 现象 浊度值 现象cf40s 沉淀>1000浑浊 8 i 3938 cj2l 0 >10 浑浊 784浑浊 75ch】00>1000 浑浊 10 46悬浮物 35 细小沉淀cx142 浑浊 )j0,：20汪浊 j4 59 丈量絮状物60cs31 22沉淀 )10。0 浑浊 14 33 大量絮状沉淀 64cji10 >1000挥浊 6微浊 t6少量絮状沉淀 70ch20s 46 >1000浑浊 8 微浊 27絮状沉淀 75 细小沉淀注：处理剂溶液与各种作业液或滤液比例为5：5，t=80。三、各种作业液

14、相对岩心渗透率的损害各种作业液的液相不可避免地会侵入油气层，各种作业液液相之间，特别是 水泥浆滤液与各种液体不配伍，就有可能损害油气层。在模拟油层温度、压力的 条件下，分别向岩心中注入20p的各种作业液滤液，评价单一液相对岩，li'渗透率 的损害程度(表7：，；另外按作业施工施序向岩心中顺次注入各种作业液滤液各20pv，评价作业液液相对岩心渗透率的综合损害(表8)。表i，各单一作业液滤液对岩心渗透率的影响序号 岩心号 损害液 养护液 k。 kdk。×100 um! 1s108 80a51钻井地层水 86 7 6642s120 液滤液 8326833 350阳离子钻井 地层水

15、15037314 357液滤液 16i4 7455 18 mmh钻井液地层水 60962o6 13 滤液 566207 19 高温水泥浆 7333838 17 滤液 地层水 64342o9 882中温水泥浆 149557210 851 滤液 地层水 156 3 524。1：1720完井液 159 4918725(碱性) 地层水 184 3 926l；204完井液13 7967207(酸性) 地层水 486 983实验结果说跟：钻井液滤液和水泥浆滤液对岩，0渗透率存在较严重的损害， 钻井液滤液损害程度在30左右，水泥浆滤液损害程度在50左右，而无固相清 洁盐水完井液体系对岩一t5渗透率几乎无损害

16、。表8钻井液滤液、水泥浆滤液和完井液对岩心渗透率的影响损害滤液 岩心号 k。kkd。1-kdm。“m2×103 um二×103mmh正电胶 m7d 2134 690 63 370+a水泥浆 k39 1163 375 607 393阳离子 l20 229l 739 420 580+a水泥浆 kl e 612 268 55_8 542三磺泥浆 l】95 2470 797 400 60 0+a水泥浆 l1 cl 1553 50i 448 55280a51聚合物 z2 3875 1119 630 370十a水泥浆 k4i 1387 440 491 509pem浆 292 496 2

17、17 67，6 324+a水泥浆 62】 1337 424 76-3 2377952042 59765734380a51聚合物 ml z4 6265 2021 694 306+领浆 m257 3463 lll 7 676 32480a51聚合物 m173 5897 1896 654 346+领浆 l5l 3389 1076 60 5 395pem浆+a水泥 l103 1420 48l 5【6 48 4浆+完井液 l142 1610 513 547 45 380a51钻井液+ 42l 2366 76 4 527 47 3 水泥浆+完井液 475 352 12l 8 46 5 535 阳离子钻井液

18、+ 725 4620 1 56 3 506 494 水泥浆+完井液 72【 276 892 47 l 5296实验结果说明：钻井液滤液和水泥浆滤液对岩心渗透率的综合损害同钻井液 滤液、水泥浆滤液和无固相清洁盐水完井液的综合损害程度相近，其损害程度3060之间变化。四、解决液相损害的储层保护技术措施钻井液滤液、水泥滤液本身相互不配伍对岩心渗透率损害的根本原因为：滤 液中各种有机处理剂在岩心孔隙中的吸附、滞留，液相间的相互不配伍形成无机 垢和有机垢的沉淀。这些无机垢和有机垢绝大多数都具有被酸溶解的特性，同时 钻井液中加有碳酸钙粉等被酸溶的暂堵剂。因此可以考虑将以前的碱性无固相清 洁盐水完井液改变为

19、酸性无圃相清洁盐水完井液，改变各作业液形成的混合液的 离子环境，对高价金属离子具有螯合掩蔽作用，防止有机垢和无机垢的生成：同 时对已生成的有机垢、无机垢，吸附的有机大分子和碳酸钙暂堵剂具有酸溶作用， 从源头上解决液相不配伍造成储层的深部损害问题，研究出了hta隐性酸螯合 剂。1hta隐性酸完井液对碳酸钙粉qwy的酸溶作用： 在室内配制了前述配方的jmh和plus钻井液体系，分别用qwy加重至p=1159cm3，在高温高压失水仪上形成30min滤饼，并在60。c、35mpa条件下，测定蒸馏水的滤失量，然后分别用ihcl和不同浓度hta水溶液保温浸泡30rain，评价qwy的酸溶性。实验结果见表9

20、。表9 0wy加重钻井液滤饼酸溶性实验滤时间，亍1 48 16 30泥饼渗透率提高率试剂遗蒸馏水 1525 3565105o3hta1o405 o8 5 1464007h18457010 5 16 5 6015hta2 118 140qwy全酸溶1hcl40140owy全酸溶实验结果表明，qwy作为钻井液加重材料所形成的高温高压泥饼有很好的酸溶性。03hta(弱酸)可使泥饼渗透率提高40，o 7hta提高泥饼渗透 率60，15hta使泥饼上的qwy基本完全溶掉。证明用qwy作为加重暂堵 材料，随着含隐性酸完井液的不断充填酸洗，qwy可以完全酸溶解除，有利于储层保护。2hta隐性酸完井液对有机大

21、分子处理剂的酸溶降解作用hta对有机高分子处理剂具有一定的酸溶性，可以解降有机高分子对储层的 损害，实现完井作业与酸洗作业的有机结合(表10)。表10 hta对高分子处理剂的酸溶效果fhta加量()00030050l处理剂浓度()av降低黼 av降低酬av降低mpa·s率()mpa·s率()mpa·s率()hec1 2 44o 345216243455j80a5110215 14532 6 10 8 50oidrispac1069548 8 29939 3 4353hta隐性酸完井液的储层保护效果评价将不同钻井液的滤液、水泥浆滤液和hta隐性酸完井液按施工顺序依次

22、各 注入20pv于岩心中，在25mpa、60 4c条件下养护3天时，评价-_-oo液相综合对 岩心渗透率的影响(表11)。实验结果说明，hta隐性酸完井液对岩心渗透率具 有很好的保护作黾，其岩心渗透率恢复值达到了80100。表11 隐性酸完井液与钻井液、水泥浆滤液对岩心渗透率的影响损害液 k。kgk。×10。3 um!注入pem钻井液滤液16ml185 4 1018+水泥领浆滤液 16ml18621006+水泥浆滤液 16ml176 7 1050+hta海水完井液16m 178 3 989注入80a5l钻井液滤液16ml 1348 849+水泥浆滤液 16ml 175 o 89 9+

23、hta海水完井液 16ml注入mivih钻井液溶液16ml 1579 993+水泥浆滤液 16ml 2lo5 910+rra海水完井液 16ml注入阳离子钻井液滤液16ml 63 2 846+水泥浆滤液 16ml 3617 828+h1a海水完井液 16ml将不同钻井液滤液和水泥浆滤液依次注入岩心各2opv，在25mpa、60。c条 件下养护3天，然后将hta隐性酸海水完井液注入岩心，评价隐性酸完井液对 已受液相损害的岩心的解除污染效果(表12)。实验结果说明，hta隐性酸完井 液能有效地解除钻井液滤液、水泥浆滤液对岩心的污染，使岩心渗透率提高2035，恢复值达到8t3100，可以解除污染。表j 2 hta隐性酸完井液对已被液相污染岩心渗透率的影响编号 损害液 岩心号 k。kdk。 恢复值提高绝对值()l80a51浆滤液 m17318957 55 4i+jz93水泥t滤液l54 1076 5622 l#+o3hta海水 mt73 80o 246完井液510pv l43 873 31 13 pem浆滤液m144 222l 674+jz93水泥浆滤液 l257 111 7 66843#+03hta海水 m1444892 21 8完井液驱5lopvl257 101